光刻技术
光刻技术
光刻机总体结构
照明系统 掩模台系统 环境控制系统 掩模传输系统 投影物镜系 统
自动对准系 统
调平调焦测 量系统 框架减振系 统
硅片传输系 统
工件台系统
整机控制系统
整机软件系统
图为CPU内部SEM图像
图为硅芯片集成电路放大图像
图为在硅片上进行的光刻图样
图为Intel 45nm高K金属栅晶体 管结构
SU-8交联示意图
正胶与负胶性能对比
正胶 缺点 （DQN） 特征 优点 优点 分辨率高、对比度好 粘附性差、抗刻蚀能力差、高成本 近紫外，365、405、435nm的波长曝 光可采用 良好的粘附能力、抗蚀能力、感光能 力以及较好的热稳定性。可得到垂直 侧壁外形和高深宽比的厚膜图形 显影时发生溶胀现象，分辨率差 对电子束、近紫外线及350-400nm紫 外线敏感
投影式印刷：在投影式印刷中，
用镜头和反光镜使得像聚焦到硅平 面上，其硅片和掩模版分得很开。
三种方法的比较
接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损
坏掩模图形，同时由于尘埃和基片表面不平等，常常存 在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。
接近式曝光：延长了掩模版的使用寿命，但光的衍射效
应更为严重，因而分辨率只能达到2—4um 左右。
坚膜也是一个热处
理步骤。 除去显影时胶膜 吸收的显影液和水分， 改善粘附性，增强胶 膜抗腐蚀能力。 时间和温度要适 当。 时间短，抗蚀性 差，容易掉胶；时间 过长，容易开裂。
刻蚀就是将涂胶前所
沉积的薄膜中没有被 光刻胶覆盖和保护的 那部分去除掉，达到 将光刻胶上的图形转 移到其下层材料上的 目的。
等离子体去胶，氧气在强电场作用下电离产生的活性氧， 使光刻胶氧化而成为可挥发的CO2、H2O 及其他气体而被 带走。
光刻的四条技术路线
光刻的四条技术路线
1. 接触式光刻（Contact Lithography）：此技术路线将掩模直接与光刻胶接触，通过紫外光照射来传导图案。
接触式光刻具有高分辨率和高精度的特点，但会产生掩模和光刻胶之间的化学反应。
2. 脱接触式光刻（Proximity Lithography）：在脱接触式光刻中，光刻胶和掩模之间仅存在微小的距离，而不接触彼此。
当紫外光照射时，通过距离短暂拉近并拉开来传递图案。
脱接触式光刻比接触式光刻更容易控制化学反应，但相对于接触式光刻的分辨率和精度较低。
3. 投影式光刻（Projection Lithography）：这是最常用的光刻技术路线之一。
先通过光学方式将掩模上的图案投射到光刻胶的表面上。
投影式光刻的特点是具有高分辨率和高通量，但需要复杂的光学系统。
4. 电子束光刻（Electron Beam Lithography，EBL）：电子束光刻是一种高分辨率光刻技术，利用聚焦的电子束直接写入图案。
电子束光刻具有非常高的分辨率，但速度较慢，适用于制造高级芯片和小批量生产。
这些光刻技术路线在微电子器件制造中起着重要的作用，根据不同的需求和应用领域选择合适的技术路线。
(10)光刻技术剖析
•影响光刻的主要因素为掩膜版、光刻胶和光刻机。
•掩膜版由透光的衬底材料（石英玻璃）和不透光金属吸收玻璃
（主要是金属铬）组成。通常还有一层保护膜。
•光刻胶又称为光致抗蚀剂，是由光敏化合物、基体树脂和有机溶
剂等混合而成的胶状液体。光刻胶受到特定波长光线的作用时化
学结构发生变化，使光刻胶在特定溶液中的溶解特性改变。正胶
X射线光刻胶：
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10.3 光学分辨率增强技术
光学分辨率增强技术包括： 移相掩模技术（phase shift mask )、 离轴照明技术(off-axis illumination)、 光学邻近效应校正技术(optical proximity correction)、
光瞳滤波技术（pupil filtering technology）等。
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10.2 光刻胶（PR-光阻）
光刻时接受图像的介质称为光刻胶。 以光刻胶构成的图形作为掩膜对薄膜进行腐蚀，图形就
转移到晶片表面的薄膜上了，所以也将光刻胶称为光致 抗蚀剂。 光刻胶在特定波长的光线下曝光，其结构发生变化。 如果胶的曝光区在显影中除去，称为正胶；反之为负胶。
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通过移相层后光波与正常光波产生的相位差可用 下式表达：
Q 2d (n 1)
式中 d——移相器厚度； n——移相器介质的折射率； λ——光波波长。
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附加材料造成 光学路迳差异， 达到反相
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10.3.1 移相掩模技术
粗磨、精磨、厚度分类、粗抛、精抛、超声清洗、检验、平 坦度分类等工序后，制成待用的衬底玻璃。
2、铬膜的蒸发 铬版通常采用纯度99%以上的铬粉作为蒸发
源，把其装在加热用的钼舟内进行蒸发。蒸发前 应把真空度抽至10-3mmHg以上，被蒸发的玻璃 需加热。其它如预热等步骤与蒸铝工艺相似。
简述光刻技术
简述光刻技术光刻技术是一种半导体加工技术，它被广泛应用于集成电路制造、平板显示器制造、MEMS（微机电系统）制造以及其他微纳米器件的制造中。
通过光刻技术，可以将图案投影到半导体材料表面上，然后使用化学刻蚀等工艺将图案转移到半导体材料上，从而制作出微小而精密的结构。
光刻技术的发展对现代电子工业的发展起到了关键作用，其不断提升的分辨率和精度，为微电子领域的发展提供了强大的支持。
光刻技术的基本原理是利用光学投影系统将图案投射到半导体材料的表面上。
该图案通常由一个硅片上的光刻透镜形成，这个硅片被称为掩膜，通过掩膜和投影光源的组合来形成所需的图案。
投影光源照射到掩模上的图案，然后通过光学投影系统将图案投影到待加工的半导体材料表面上，形成微小的结构。
在现代的光刻技术中，使用的光源通常是紫外线光源，其波长为193nm或者更短的EUV（极紫外光）光源。
这样的光源具有较短的波长，可以实现更高的分辨率，从而可以制作出更小尺寸的微结构。
光刻机的光学镜头和控制系统也在不断地提升，以满足对分辨率和精度的需求。
光刻技术在半导体制造中的应用主要包括两个方面，一是用于制作集成电路中的各种微小结构，例如晶体管的栅极、金属线路、电容等；二是用于制作各种传感器、MEMS等微纳米器件。
在集成电路制造中，光刻技术通常是在硅片上进行的，硅片经过多道工艺，将图案逐渐转移到硅片上，并最终形成完整的芯片。
在平板显示器制造中，光刻技术则是用于制作液晶显示器的像素结构；而在MEMS器件的制造中，光刻技术则是用于制作微机械结构和微流体结构。
光刻技术的发展受到了许多因素的影响，包括光学技术、光源技术、掩膜制备技术、光刻胶技术等。
在光学技术方面，光学投影系统的分辨率和变像畸变都会直接影响到光刻的精度；在光源技术方面，光刻机所使用的光源的波长和功率都会对分辨率和加工速度有直接影响；掩膜制备技术则影响到了掩模的制备精度和稳定性；光刻胶技术则直接影响到了图案的传输和转移过程。
光刻的工作原理
光刻的工作原理光刻技术是一种用于制造集成电路的重要工艺，其工作原理是利用光的作用将图案投射到硅片上，形成微小的电路结构。
本文将从光刻的原理、设备和应用等方面进行详细介绍。
一、光刻的原理光刻技术是利用光的干涉、衍射和透射等特性实现的。
首先，需要将待制作的电路图案转化为光学遮罩，通常使用光刻胶涂覆在硅片上，然后通过光刻机将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上。
光刻胶在光的照射下会发生化学反应，形成光刻胶图案。
接下来，通过将光刻胶暴露在特定的化学溶液中，去除未曝光的光刻胶，得到所需的光刻胶图案。
最后，通过将硅片进行化学腐蚀或沉积等工艺步骤，形成微小的电路结构。
二、光刻的设备光刻机是光刻技术中最关键的设备之一。
光刻机主要由光源、光学系统、对准系统和运动控制系统等部分组成。
光源是产生紫外光的装置，通常使用汞灯或氙灯等。
光学系统由透镜、反射镜和光刻胶图案的投射系统等组成，用于将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上。
对准系统是用于确保光刻胶图案和硅片之间的对准精度，通常采用显微镜和自动对准算法等。
运动控制系统是用于控制硅片在光刻机中的移动和旋转等。
三、光刻的应用光刻技术在集成电路制造中有着广泛的应用。
首先，光刻技术是制造集成电路中最关键的工艺之一，可以实现微米甚至纳米级别的电路结构。
其次，光刻技术还可以制作光学元件，如光纤、激光器等。
此外，光刻技术还被应用于平面显示器、传感器、光学存储器等领域。
四、光刻技术的发展趋势随着集成电路制造工艺的不断发展，光刻技术也在不断进步和改进。
首先，光刻机的分辨率越来越高，可以实现更小尺寸的电路结构。
其次，光刻胶的性能也在不断提高，可以实现更高的对比度和较低的残留污染。
此外，光刻技术还在朝着多层光刻、次波长光刻和非接触式光刻等方向发展。
光刻技术是一种利用光的特性制造微小电路结构的重要工艺。
光刻技术的原理是利用光的干涉、衍射和透射等特性实现的，通过光刻机将光学遮罩上的图案投射到光刻胶上，最终形成所需的电路结构。
第四章光刻技术
二,光刻版(掩膜版)
基版材料:玻璃,石英. 要求:在曝光波长下的透光度高,热膨胀系数 与掩膜材料匹配,表面平坦且精细抛光.
二,光刻版(掩膜版)
掩膜版的质量要求 若每块掩膜版上图形成品率=90%,则 6块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)6=53% 10块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)10=35% 15块光刻版,其管芯图形成品率=(90%)15=21% 最后的管芯成品率当然比其图形成品率还要低 ①图形尺寸准确,符合设计要求; ②整套掩膜版中的各块版应能依次套准,套准误差应尽可能小; ③图形黑白区域之间的反差要高; ④图形边缘要光滑陡直,过渡区小; ⑤图形及整个版面上无针孔,小岛,划痕等缺陷; ⑥固耐用,不易变形.
三,光刻机(曝光方式)
④1:1扫描投影光刻机(美国Canon公司)
三,光刻机(曝光方式)
⑤分步重复投影光刻机--Stepper DSW:direct-step-on-wafer ⅰ)原理: 采用折射式光学系统和4X~5X的缩小透镜. 曝光场:一次曝光只有硅片的一部分,可以大大 提高NA(0.7),并避免了许多与高NA有关的聚 焦深度问题,加大了大直径硅片生产可行性. 采用了分步对准聚焦技术.
一,光刻胶
4.感光机理 ①负胶
聚乙烯醇肉桂酸脂-103B,KPR
一,光刻胶
双叠氮系(环化橡胶)-302胶,KTFR
一,光刻胶
②正胶 邻-叠氮萘醌系-701胶,AZ-1350胶
二,光刻版(掩膜版)
掩膜版在集成电路制造中占据非常重要的地位,因为 它包含着欲制造的集成电路特定层的图形信息,决定 了组成集成电路芯片每一层的横向结构与尺寸. 所用掩膜版的数量决定了制造工艺流程中所需的最少 光刻次数. 制作掩膜版首先必须有版图.所谓版图就是根据电路 ,器件参数所需要的几何形状与尺寸,依据生产集成 电路的工艺所确定的设计规则,利用计算机辅助设计 (CAD)通过人机交互的方式设计出的生产上所要求 的掩膜图案.
光刻的应用领域
光刻的应用领域
1. 半导体芯片制造：光刻技术是制造集成电路（IC）的关键步骤之一。
通过将芯片设计投影到硅片上，利用光刻技术进行图形转移，形成微米级的电路结构和器件。
2. 平面显示器制造：光刻技术用于制造液晶显示器（LCD）、有机发光二极管显示器（OLED）等平面显示器。
通过光刻技术，在基板上制造导线、电极、像素点等微细结构。
3. 光子学：光刻技术被广泛应用于制造光学器件和光纤通信设备。
通过光刻技术制造微光学结构，如分光器、光栅、微透镜等。
4. 生物芯片制造：光刻技术可用于制造生物芯片和实验室微芯片。
通过光刻技术制造微细通道、微阀门等微流控结构，实现对微小液滴和生物分子的控制和分析。
5. 微机电系统（MEMS）制造：光刻技术在MEMS制造中起到关键作用。
通过光刻技术制造微米级的机械结构、传感器和执行器，实现微小机械和电子的集成。
6. 光刻制造设备：光刻技术的应用也推动了光刻设备的发展。
光刻机是一种关键的制造设备，能够将光刻胶的图形转移到硅片或其他基板上，并具备高分辨率、高精度和高速度等特性。
光刻实验报告范文
光刻实验报告范文光刻技术是一种利用光的照射和反应来制作微纳米结构的制造技术。
光刻技术是微电子技术中最关键的技术之一，广泛应用于集成电路制造、光学元器件制造以及微纳米器件制造等领域。
本文主要介绍了光刻实验的目的、原理、实验步骤、结果与分析，并总结了实验过程中的问题和改进措施。
一、实验目的1.了解光刻技术的原理和应用。
2.学习掌握光刻胶的制备与涂覆技术。
3.熟悉光刻曝光机的操作方法及曝光参数的设置。
4.掌握光刻显影技术并获得良好的光刻图案。
二、实验原理光刻技术的基本原理是利用光敏感的光刻胶对光的照射产生化学或物理反应，然后通过显影处理使得被照射的区域得到显影和蚀刻，形成所需的微纳米结构。
三、实验步骤1.光刻胶的制备与涂覆准备好二甲苯、光刻胶、旋涂机等材料和设备，按照实验要求准备光刻胶溶液并进行涂覆。
2.光刻曝光将涂有光刻胶的硅片放入光刻曝光机中，设置好曝光参数，并进行曝光。
3.显影处理将曝光后的硅片放入显影液中，根据所需的蚀刻深度和图案要求控制显影时间。
4.蚀刻将显影后的硅片放入蚀刻机中，使用特定的蚀刻液对显影后的图案进行蚀刻，形成所需的微纳米结构。
5.清洗与检验清洗蚀刻后的硅片，去除掉多余的光刻胶和蚀刻液，并使用显微镜或扫描电子显微镜对微纳米结构进行检验。
四、实验结果与分析在光刻实验中，我们制备了硅片上的微纳米结构，并根据实验要求进行了显影处理和蚀刻。
最终得到的微纳米结构清晰可见，形状规整，大小符合设计要求。
通过显微镜观察，我们可以看到各个结构之间的间隔很小，达到了高分辨率的要求。
五、实验中遇到的问题与改进措施在实验过程中，我们遇到了涂覆光刻胶时出现的气泡和划痕等问题，可能是由于操作不当或设备问题导致。
为了解决这些问题，我们可以在涂覆前进行适当的气泡去除和清洗工作，确保涂覆的光刻胶均匀无气泡。
另外，我们也应该注意加强设备的维护和保养，确保设备的正常运行。
光刻技术是一种高精度、高分辨率的微纳米结构制造技术。
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H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
精密和超精密加工技术论文
论文名称：光刻技术及其应用
课程名称：精密和超精密加工技术专业：机械设计制造及其自动化班级：1208104
*名：***
学号：**********
哈尔滨工业大学
光刻技术及其应用
摘要：集成电路制造中利用光学- 化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。
随着半导体技术的发展，光刻技术传递图形的尺寸限度缩小了2～3个数量级（从毫米级到亚微米级），已从常规光学技术发展到应用电子束、 X射线、微离子束、激光等新技术；使用波长已从4000埃扩展到 0.1埃数量级范围。
光刻技术成为一种精密的微细加工技术。
本文就光刻技术的概念和工艺过程进行介绍，并对其发展与应用进行展望。
关键字：光刻技术，工艺流程，步骤，应用。
一、光刻技术的概念
光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体MOS管和电路的基础，这其中包含有很多步骤与流程。
首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板（MASK）照射在硅片上。
被照射到的部分(如源区和漏区)光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶会仍旧粘连在上面。
接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。
随后就是粒子沉积、掩膜、刻线等操作，直到最后形成成品晶片（WAFER）。
二、光刻技术的工艺流程
常规光刻技术是采用波长为2000～4500埃的紫外光作为图像信息载体，以光致抗蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺。
在广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。
①光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。
②刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。
集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。
例如，大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部传递。
在狭义上，光刻工艺仅指光复印工艺。
三、光刻技术的基本步骤
光刻工艺是一个复杂过程，它有很多影响其工艺宽容度的工艺变量。
例
如减小的特征尺寸、对准偏差、掩膜层数目以及硅片表面的清洁度。
为方便起见，我们可以将光刻的图形形成过程分为8个步骤。
1、气相成底膜处理
光刻的第一步是清洗、脱水和硅片表面成底膜处理。
这些步骤的目的是增强硅片和光刻胶之间的粘附性。
硅片清洗包括湿法清洗和去离子水冲洗以去除沾污物，大多数的硅片清洗工作在进入光刻工作间之前进行。
脱水致干烘焙在一个封闭腔内完成，以除去吸附在硅片表面的大部分水汽。
硅片表面必须是清洁干燥的。
脱水烘焙后硅片立即要用六甲基二硅胺烷（HMDS）进行成膜处理，它起到了粘附促进剂的作用。
2、旋转涂胶
成底膜处理后，硅片要立即采用旋转涂胶的方法涂上液相光刻胶材料。
硅片被固定在一个真空载片台上，它是一个表面上有很多真空孔以便固定硅片的平的金属或聚四氯乙烯盘。
一定数量的液体光刻胶滴在硅片上，然后对喷旋转得到一层均匀的光刻胶涂层见图。
不同的光刻胶要求不同的旋转涂胶条件，例如最初慢速旋转（例如500rpm），接下来跃变到最大转速3000rpm或者更高。
一些光刻胶应用的重要质量指标是时间、速度、厚度、均匀性、颗粒沾污以及光刻胶缺陷，如针孔。
3、烘焙
光刻胶被涂到硅片表面后必须要经过软烘，软烘的目的是去除光刻胶中的溶剂。
软烘提高了粘附性，提升了硅片上光刻胶的均匀性，在刻蚀中得到了更好的
线宽控制。
典型的软烘条件是在热板上90℃到100℃烘30秒，接下来是在冷板上的降温步骤，以得到光刻胶一致特性的硅片温度控制。
4、对准和曝光
下一步被称做对准和曝光。
掩膜版与涂了胶的硅片上的正确位置对准。
硅片表面可以是裸露的硅，但通常在其表面有一层事先确定了的图形。
一旦对准，将掩膜版和硅片曝光，把掩膜版图形转移到涂胶的硅片上。
光能激活了光刻胶中的光敏成分。
对准和曝光的重要质量指标是线宽分辨率、套刻精度、颗粒和缺陷。
常用的曝光方式分类有接触式曝光和非接触式曝光。
接触式曝光和非接触式曝光的区别，在于曝光时掩模与晶片间相对关系是贴紧还是分开。
接触式曝光具有分辨率高、复印面积大、复印精度好、曝光设备简单、操作方便和生产效率高等特点。
但容易损伤和沾污掩模版和晶片上的感光胶涂层,影响成品率和掩模版寿命,对准精度的提高也受到较多的限制。
一般认为，接触式曝光只适于分立元件和中、小规模集成电路的生产。
非接触式曝光主要指投影曝光。
在投影曝光系统中，掩膜图形经光学系统成像在感光层上，掩模与晶片上的感光胶层不接触,不会引起损伤和沾污,成品率较高，对准精度也高，能满足高集成度器件和电路生产的要求。
但投影曝光设备复杂，技术难度高，因而不适于低档产品的生产。
现代应用最广的是 1:1倍的全反射扫描曝光系统和x:1倍的在硅片上直接分步重复曝光系统。
5、曝光后烘焙
对于深紫外（DUV）光刻胶在100℃到110℃的热板上进行曝光后烘焙是必要的，这步烘焙应紧随在光刻胶曝光后。
几年前，这对于非深紫外光刻胶是一种可选择的步骤，但现在即使对于传统光刻胶也成了一种实际的标准。
6、显影
显影是在硅片表面光刻胶中产生图形的关键步骤。
光刻胶上的可溶解区域被化学显影剂溶解，将可见的岛或者窗口图形留在硅片表面。
最通常的显影方法是旋转、喷雾、浸润，然后显影，硅片用离子水（DI）冲洗后甩干。
7、坚膜烘焙
显影后的热烘指的就是坚膜烘焙。
烘焙要求挥发掉存留的光刻胶溶剂，提高光刻胶对硅片表面的粘附性。
这一步是稳固光刻胶，对下面的刻蚀和离子注入过
程非常关键。
正胶的坚膜烘焙温度约为120℃到140℃，这比软烘温度要高，但也不能太高，否则光刻胶就会流动从而破坏图形。
8、显影后检查
一旦光刻胶在硅片上形成图形，就要进行检查以确定光刻胶图形的质量。
这种检查系统对于高集成的关键层几乎都是自动完成的，检查有两个目的：找出光刻胶有质量问题的硅片，描述光刻胶工艺性能以满足规范要求。
如果确定胶有缺陷，通过去胶可以把它们除去，硅片也可以返工。
与任何制造工艺一样，光刻工艺的目标是无缺陷产品。
然而，不检查并在胶中留下缺陷将是灾难性的问题。
显影后检查可以发现错误并就地纠正，这是硅片制造过程中少有的可以纠正的几步之一。
一旦有缺陷的硅片被送到下一个图形形成步骤（通常是刻蚀），就没有纠正错误的机会了。
如果一个硅片被错误刻蚀，它就有了致命的缺陷，被认为是废品，对公司来说就没有进一步的价值了。
这就是检查数据对于描述和提高光刻胶工艺特性如此重要的原因。
四、光刻技术的应用
众说周知，电子产业发展的主流和不可阻挡的趋势是"轻、薄、短、小"，这给光刻技术提出的技术方向是不断提高其分辨率，即提高可以完成转印图形或者加工图形的最小间距或者宽度，以满足产业发展的需求；另一方面，光刻工艺在整个工艺过程中的多次性使得光刻技术的稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响，这也要求光刻技术在满足技术需求的前提下，具有较低的COO和COC。
因此，光刻技术的纷争主要是厂家可以提供给用户什么样分辨率和产能的设备及其相关的技术。
五、参考文献
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[2]陈乾旺.纳米科技基础[M].北京：高等教育出版社，2008.
[3]任黎明，陈宝钦等.电子束光刻技术.第十届电子束、离子束学术年会论文集，1999.。